Гидротурбина своими руками: как сделать электрогенератор из стиральной машины

Как собрать гидротурбину из старой стиральной машины. Какие материалы и инструменты понадобятся для создания электрогенератора на основе гидротурбины. Какие преимущества и недостатки у самодельной гидроэлектростанции. Как рассчитать мощность и эффективность мини-ГЭС.

Принцип работы гидроэлектрогенератора из стиральной машины

Гидроэлектрогенератор, сделанный из старой стиральной машины, работает по следующему принципу:

1. Поток воды вращает колесо Пелтона, закрепленное на валу двигателя стиральной машины.
2. Вращение вала передается на ротор двигателя, который выступает в роли генератора.
3. В обмотках статора индуцируется переменный ток.
4. Трехфазный ток выпрямляется с помощью диодного моста.
5. Постоянный ток используется для зарядки аккумуляторов через контроллер заряда.
6. От аккумуляторов питание подается на инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный 220В.

Таким образом, энергия движущейся воды преобразуется в электрическую энергию, пригодную для питания бытовых приборов.

Необходимые материалы и инструменты

Для сборки гидротурбины из стиральной машины потребуются следующие материалы и инструменты:

• Старая стиральная машина с рабочим двигателем
• Колесо Пелтона (можно изготовить самостоятельно из металла)
• Диодный мост для выпрямления тока
• Контроллер заряда аккумуляторов
• Аккумуляторные батареи
• Инвертор 12В/220В
• Фанера и оргстекло для изготовления корпуса
• Силикон для герметизации
• Саморезы, болты, гайки
• Электропровода
• Дрель, шуруповерт, пила
• Паяльник и припой
• Мультиметр

Пошаговая инструкция по сборке гидротурбины

Процесс изготовления гидротурбины из стиральной машины включает следующие основные этапы:

1. Разбор стиральной машины, извлечение двигателя и барабана
2. Модификация барабана под колесо Пелтона
3. Изготовление герметичного корпуса из фанеры и оргстекла
4. Монтаж двигателя и колеса Пелтона в корпус
5. Подключение выпрямителя и контроллера заряда
6. Установка аккумуляторов и инвертора
7. Сборка водозаборной системы
8. Герметизация всех соединений
9. Тестирование и отладка системы

При сборке важно обеспечить надежную герметизацию и защиту электрических компонентов от воды. Также необходимо правильно рассчитать соотношение размеров колеса и потока воды для оптимальной эффективности.

Расчет мощности самодельной гидроэлектростанции

Мощность гидротурбины зависит от нескольких ключевых параметров:

• Напор воды (разница высот между входом и выходом)
• Расход воды (объем проходящей через турбину воды в единицу времени)
• КПД турбины и генератора

Приблизительную мощность можно рассчитать по формуле:

P = 9.81 * Q * H * η

Где:
P — мощность (Вт)
Q — расход воды (м³/с)
H — напор (м)
η — КПД системы (обычно 0.5-0.7 для самодельных установок)

Например, при расходе 0.1 м³/с, напоре 5 м и КПД 0.6, мощность составит:

P = 9.81 * 0.1 * 5 * 0.6 = 294 Вт

Это позволит обеспечить базовые потребности в электроэнергии небольшого дома.

Преимущества и недостатки самодельной гидроэлектростанции

Самодельная гидротурбина из стиральной машины имеет ряд преимуществ и недостатков:

Преимущества:

• Низкая стоимость изготовления
• Использование доступных материалов
• Возможность получения бесплатной энергии
• Экологичность и отсутствие вредных выбросов
• Работа в любое время суток и сезон

Недостатки:

• Невысокий КПД по сравнению с промышленными установками
• Необходимость постоянного обслуживания и ремонта
• Зависимость от наличия подходящего водного потока
• Сложность обеспечения полной герметичности
• Риск поломки при сильных паводках

Несмотря на недостатки, при правильном подходе самодельная гидротурбина может стать надежным источником бесплатной электроэнергии на долгие годы.

Повышение эффективности работы мини-ГЭС

Для улучшения характеристик самодельной гидроэлектростанции можно предпринять следующие меры:

• Оптимизировать форму лопастей колеса Пелтона для максимального КПД
• Использовать качественные подшипники для снижения потерь на трение
• Применить более эффективный генератор с неодимовыми магнитами
• Установить систему автоматической регулировки оборотов
• Обеспечить хорошую теплоотдачу генератора для снижения потерь
• Использовать современные литий-ионные аккумуляторы
• Применить MPPT-контроллер заряда для оптимального режима работы

Эти меры позволят повысить КПД системы и увеличить вырабатываемую мощность при тех же параметрах водного потока.

Правовые аспекты использования мини-ГЭС

При установке самодельной гидроэлектростанции важно учитывать ряд юридических моментов:

• Необходимо получить разрешение на использование водного объекта
• Установка не должна нарушать права других водопользователей
• Следует соблюдать экологические нормы и не наносить вред природе
• При подключении к общей электросети требуется согласование с энергокомпанией
• Мощность бытовых микро-ГЭС обычно ограничена законодательно (до 5-15 кВт)

Рекомендуется заранее изучить местное законодательство и получить необходимые разрешения во избежание проблем в будущем.

Электрогенератор – гидротурбина из старой стиральной машины

История гидроэнергетики берет начало от простого водяного колеса, которое нашим предкам пришло в голову установить на порогах реки. Сначала его использовали для мельницы, тем самым облегчив работу жерновов. Позднее люди научились использовать силу воды для самых разных нужд – изготовления бумаги, распиловки бревен, в кузнечном деле и даже для пивоварения. Венцом творения был электрогенератор, который удалось подключить к турбине. Так появились ГЭС, принцип которых используют сегодня и для домашних изобретений, в том числе и в сегодняшней самоделке.

Ее автору удалось собрать ее буквально из старой стиралки, слегка модернизировав и грамотно использовав ресурсы ближайшей речки на его загородном участке. Он утверждает, что живет уже несколько лет без подключения к электрическим сетям, и не платит за электричество ни копейки. Мощности от гидрогенератора хватает чтобы снабдить электричеством не только все электроприборы в доме, но и потянуть работу мастерской с электроинструментами. Как такое возможно? Давайте посмотрим вместе.

Принцип работы гидроэлектрогенератора

В данной домашней разработке используется родной корпус стиральной машины. Двигатель перемонтируется в режим генератора, и помещается обратно на свое посадочное место. Колесо Пелтона применяется как движущая турбина, аккумулирующая потоки воды, и передающая кинетическую энергию генератору. Переменный 3-х фазный ток, получаемый на выходе генератора, пропускается через выпрямитель из трех диодных мостов. Постоянный ток подается на зарядку аккумуляторов через контроллер, а от них на инвертор 12V/220V, снова получая переменную частотность.

Материалы, инструменты

Материалы:

• Старая стиральная машина с инверторным двигателем;
  
• Колесо Пелтона;
  
• Небольшой отрезок тента;
  
• Фанера;
  
• Оргстекло или плексиглас;
  
• Силикон;
  
• Гидроизоляция для пластика — краска или мастика;
  
• Саморезы, гайки, шайбы, болты и наждачная бумага.

Инструмент:

• Дрель с корончатой фрезой, сверлами и насадкой под саморезы;
  
• Сабельная пила или электролобзик;
  
• Ручной инструмент: гаечные ключи, плоскогубцы, малярный нож и пистолет для силикона.

Собираем гидроэлектрогенератор

Подготовительные демонтажные работы

Для начала необходимо разобрать стиральную машинку, оставив лишь нужные нам детали.

Машинка вертикального типа, поэтому снимаем торцевую крышку с лицевой стороны и демонтируем электронную панель контроля режимов стирки.

Вытаскиваем внешний барабан и демонтируем насос и лишние шланги подводки воды.

Маховик для стирки нам не нужен, как в прочем и внутренняя стальная емкость для белья.

Все что должно остаться – это внешний пластиковый барабан и двигатель на валу.

Как мы можем убедиться, перемонтированный инверторный двигатель уже выдает электричество при вращении вала.

Теперь необходимо разобрать двигатель, оставив на корпусе только вал с подшипниками.

Изготовление гидротурбины

Герметизировать наш вал поможет резиновая прокладка, вырезанная из старой камеры. Делаем в ней отверстие посередине, и насаживаем плотно на стержне вала.

Небольшое колесо Пелтона будет осуществлять забор воды. Этому изобретению почти полторы сотни лет, а оно все не теряет актуальности и применяется даже на некоторых ГЭС. Его необходимо закрепить на валу так, чтобы оно могло свободно двигаться и не касалось корпуса.

Размечаем под него отверстие в корпусе для подачи воды, и сверлим его корончатой фрезой.

Лобзиком или сабельной пилой делаем сливное отверстие в форме прямоугольника, и закрываем его на саморезы отрезком водонепронецаемого тента. Должно получиться вот так (фото).

Далее нужно изготовить заглушку для бака нашей гидротурбины. Делаем ее из куска влагостойкой фанеры, выпиливая лобзиком окружность, равную внутреннему диаметру барабана. В самой заглушке делаем смотровое отверстие для контроля работы агрегата. Которое затем будет закрыто оргстеклом.

Обмазываем торец фанеры силиконом, и насаживаем ее внутрь. Закрепляем ее с помощью саморезов через корпус турбины.

Вырезаем из прорезиненного материала прокладку для оргстекла, и приклеиваем ее на силикон к фанере.

Засверливаем четыре отверстия по сторонам прямоугольника окошка, и с внутренней стороны помещаем в них прижимные болты. На них и будем закреплять оргстекло, чтобы оно было съемным на случай непредвиденных поломок.

Герметизируем стык нашей заглушки с корпусом силиконом.

Для защиты электрической части агрегата, автор установил дополнительный кожух из пластика на край турбины с помощью саморезов. Сам пластиковый корпус прокрасил краской чтобы защитить пластик от растрескивания.

Настала очередь собрать двигатель, установить его на агрегате. Крепим на посадочные болты статор.

Для получения постоянного тока для зарядки аккумуляторов закрепляем планку из трех диодных мостов, по каждому на фазу.

Накрываем двигатель крышкой ротора, и затыкаем лишние сливные отверстия для шлангов, оставшиеся в корпусе.

Установка и подключение

Наш гидрогенератор практически готов. Остается закрепить его на рамочном каркасе из сваренных уголков, и приспособить с помощью гидрантов подачу воды. Выходную мощность генератора можно регулировать силой напора, или диаметром отверстия сопла крана, подающего воду непосредственно в саму турбину. Направленный слив также обеспечит возврат воды без вреда для реки.

Закрепить корпус турбины можно на стяжной ремень для закрепления грузов на автомобилях.

Проверяем работу генератора, и замеряем ток и выходное напряжение тестером. Автор заверяет, что при напоре воды на его участке агрегат выдавал 21А при 29V, что равняется 600Вт. При увеличении сопла крана, мощность достигла 900Вт.

Электрическая схема, предложенная автором данной самоделки, не ограничивается одним лишь генератором. Для планомерного расхода электричества в сети необходимо стабильное напряжение и ток, которые способны выдавать накопительные емкости – аккумуляторы. Инвертируя небольшое напряжение в достаточное для бытового можно организовать подачу и распределение его по домовой разводке к электроприборам. Автор также советует применить электронный контроллер, который показывает степень заряда аккумулятора, потребляемый и выдаваемый ток, температурный режим и т. д.

Природные ресурсы, которые в избытке вокруг нас, действительно можно использовать во благо. Нужно всего лишь немного знаний электротехники и старых запчастей, валяющихся без дела на заднем дворе. А в остальном помогут смекалка и находчивость настоящего любителя изобретений, ведь именно за такими людьми движение и развитие технического прогресса.

Смотрите видео

Как сделать гидростанцию своими руками. Гидрогенератор своими руками или самодельная гидроэлектростанция

В связи с постоянным удорожанием углеводных энергоносителей, специалисты обращают все большее внимание на преимущества, которые дает использование электроэнергии, полученной более экономным способом. Одним из самых экономных и экологически чистых…

В связи с постоянным удорожанием углеводных энергоносителей, специалисты обращают все большее внимание на преимущества, которые дает использование электроэнергии, полученной более экономным способом. Одним из самых экономных и экологически чистых способов получения электроэнергии является гидроэлектростанция для дома, затраты на которую сводятся к первичному строительству и техническому обслуживанию оборудования. Но не каждая местность имеет природные возможности для строительства подобных сооружений, для которых необходим мощный водный поток и большой перепад высот, создаваемых плотиной, в этом случае на помощь энергетикам приходят мини ГЭС.

Принцип работы и мини ГЭС

Принцип работы этого оборудования достаточно прост, что добавляет ему надежности. Водный поток, попадая на лопасти турбины, вращает гидропривод, сопряженный с электрогенератором, который и обеспечивает выработку электроэнергии под управлением контролирующей системы.
Современные мини ГЭС оборудованы системой управления, дающей возможность осуществлять работу в автоматическом режиме с мгновенным переходом на ручное управление в случае возникновения аварийной ситуации. Многоуровневая система защиты позволяет избежать перегрузок оборудования при изменении внешних условий. Конструкция станций позволяет минимизировать проведение строительных работ во время установки необходимого оборудования.

Разновидности мини ГЭС

Мини гидроэлектростанция – это оборудование мощностью от 1 до 3000 кВт, которое включает в себя водозаборное устройство (турбину), генерирующий энергоблок и систему управления оборудованием.

В зависимости от используемых водных ресурсов мини ГЭС делятся на несколько категорий:

• русловые станции, использующие энергию небольших рек с организованными водохранилищами. Применяются в основном на равнинной местности;
• стационарные станции, использующие энергию быстрого течения при эксплуатации горных рек;
• станции, использующие перепады водного потока на промышленных предприятиях;
• мобильные станции, использующие для организации потока армированные рукава.

Согласно ожидаемому напору водного потока проектируется соответствие гидроагрегата и его турбины мощности электрогенерирующего блока для обеспечения необходимой частоты вращения генератора и облегчения создания необходимой частоты тока.

Для различных условий работы мини ГЭС разработаны соответствующие конструкции турбин:

• при большом напоре водяного потока более 60 м применяют радиально-осевые и ковшовые турбины;
• при средней интенсивности потока 25 — 60 м хорошо зарекомендовали себя турбины поворотно-лопастной и радиально-осевой конструкции;
• на низконапорных потоках выгодней использовать поворотно-лопастные и пропеллерные конструкции, помещенные в железобетонные камеры.

Видео домашней гидроэлектростанции сделанной своими руками

Особенности подключения мини ГЭС

Устройство этого оборудования позволяет подключать станции непосредственно к сети электроснабжения, в этом случае используется синхронный генератор. Для создания локальной сети используют асинхронный агрегат, который комплектуется блоком балластной нагрузки, необходимой для рассеивания избыточной мощности во избежание выхода из строя систем подачи электроэнергии и скачкообразных изменений основных параметров сети.

Преимущества и недостатки мини ГЭС

К преимуществам работы подобных систем можно отнести:

• экологическую безопасность оборудования и отсутствие необходимости затопления больших площадей;
• низкую стоимость получаемой электроэнергии, которая в разы дешевле вырабатываемой на ТЭС;
• простоту и надежность применяемого оборудования и возможность его работы в автономном режиме;
• неисчерпаемость используемого природного ресурса

К недостаткам относятся:

• перебои в электроснабжении определенных регионов при выходе оборудования из строя, с случае использования мини ГЭС, как локального источника. Это компенсируется наличием аварийного источника энергоснабжения, подключаемого автоматически;
• слабая производственная и ремонтная база этой отрасли энергообеспечения в нашей стране.

Если неподалеку от населенного пункта протекает небольшая река, то на ней можно расположить мини-ГЭС. С ее помощью можно получать недорогую электроэнергию. Это необходимо для загородного дачного пункта, если там отсутствует электроснабжение.

Для этого нужно сделать следующее:

1. Выполнить измерение скорости потока речки. Это не так сложно, как кажется. Для этого рекомендуется бросить небольшой кусок ткани, а затем замерить, за какое время он проплывет участок в 10 метров. В случае если замеры не превысят 1 м/с, то эффективности от такой мини-ГЭС не будет, поэтому нет смысла ее устанавливать.
2. Можно исправить ситуацию, если русло немного заузить или устроить плотину. Чтобы правильно сориентироваться, рекомендуется использовать отношение скорости потока и показателя мощности электрического вала. Согласно произведенным расчетам, мощность имеет прямо пропорциональную зависимость от скорости потока реки.

Малые гидроэлектростанции сегодня очень популярны в силу ряда причин.

О типах мини-ГЭС

Малая гидроэнергетика сегодня развивается, и это отличное решение экономии энергетических ресурсов. Генератор для мини-ГЭС можно приобрести в магазине, а можно изготовить самим.

Всего существует несколько вариантов изготовления МГЭС:

Портативная гидроэлектростанция удобна в использовании, их конструкции просты.

Достоинства мини-ГЭС

Малые ГЭС обладают рядом преимуществ:

• мини-гидротурбина работает тихо, без шума;
• отсутствуют выбросы вредных веществ в атмосферу при функционировании;
• никаким образом не влияет на качественные характеристики воды;
• не зависит от внешних условий;
• малые ГЭС вырабатывают энергию в течение суток бесперебойно;
• для обеспечения работы можно воспользоваться даже небольшим ручьем;
• при наличии излишков энергии, ее можно реализовывать и получать доход;
• для обеспечения выработки энергии гидростанциями не нужно оформлять разрешение.

Сегодня малые ГЭС России пользуются небывалой популярностью. Их несложно выполнить самостоятельно, а можно приобрести в магазине. Малая гидроэнергетика – это прибыльное дело.

Недостатки

Наряду с достоинствами, малые ГЭС имеют некоторые недостатки:

1. Гирляндная малая ГЭС несет в себе опасность для окружающих: подвижные части скрыты в воде, трос имеет большую длину.
2. Невысокий КПД.
3. Ротор Дарье. Этот водяной генератор сложен в изготовлении.

Меня всегда привлекало получение бесплатной энергии из природных ресурсов. И как-то у меня зародилась идея сделать простую мини электростанцию, которая бы вырабатывала электричество из проходящего мимо водяного ручья.

Все началось с идеи использовать барабан старой стиральной машины в качестве водяного колеса – миниатюрной самодельной гидроэлектростанции.

К барабану с помощью металлических уголков были прикреплены прямые лопасти из влагостойкой фанеры.

Крутящий момент с водяного колеса передается за счет ремня на велосипедную динамо-машину (генератор постоянного тока). Выработанная электроэнергия поступает на светодиод. Достаточно рукой слегка прокрутить колесо, и светодиод начнет мигать.

Основа всей конструкции – велосипедная рама.

Два подшипника позволяют водяному колесу свободно крутится.

Первые испытания на маленькой речке показали, что водяное колесо на раме установлено слишком высоко, что не дает потоку воды его нормально раскручивать.
После небольших изменений в конструкции рамы колесо стало располагаться ниже и скорость вращения резко возросла. Как результат, начала вращаться динамо-машина и светодиод на 4,5 В загорелся.

Вот так из старого хлама получилась самодельная гидроэлектростанция.
Далее мини ГЭС в сборе была установлена на небольшой ручей.

Вырабатывает она всего несколько вольт, но их достаточно для свечения светодиода.

Это был неплохой эксперимент для начала.

Дальнейшее усовершенствование в проекте

Дальнейшее усовершенствование водяного колеса должны затронуть:

• Построить мини-дамбу для увеличения напора воды. При этом полностью речку не планируется перегораживать, чтобы рыба могла уходить во втором потоке.
• Под дамбой установить трубу, по которой вода будет поступать на самодельную турбину. В трубе устроить кожух из транспортерной резиновой ленты. Перекрыв поток воды через трубу можно провести обслуживание механизмов.
• По расчетам, турбина будет выдавать мощность примерно в два раза больше, чем водяное колесо. Кроме того, замена водяного колеса на турбину должна снять проблему замерзания в зимнее время.
• Поток воды будет раскручивать турбину, передавая крутящий момент генератору. Держаться турбина будет на двух подшипниках, изготовленных из массива дерева. При регулярном смазывании они прослужат долго. Упорная шайба будет удерживать механизм от бокового смещения.
• Изготовить металлические лопатки, рассчитав угол, под которым их нужно загнуть (от этого параметра зависит мощность гидроэлектростанции). Лопатки прикрутить нужно будет с использованием резиновых прокладок, чтобы избежать их отрыва.
• Для передачи крутящего момента использовать собранный из труб вал.
• Установить генератор. На генератор поставить шкив меньшего размера, чем установленный на валу. Это позволит повысить обороты, что необходимо для эффективной работы генератора.

Генератор должен выдавать порядка 600 Вт электроэнергии. Это даст возможность подключать бытовую технику. Если следующий этап эксперимента завершится удачно, можно будет подумать о дальнейшей модернизации с тем, чтобы вырабатывать несколько киловатт электроэнергии.

Малые гидротурбины весьма специфичны в принципе своего действия в отличие от турбин обычных ГЭС. Процесс работы микро гидротурбины интересен тем, что свойства ее строения могут обеспечить под конкретный объект тот объем водных масс, который будет поступать на части гидротурбины (лопасти), приводить в рабочее состояние генератор (генератор играет роль выработки электроэнергии).

Процесс усиления напора воды обеспечивается образованием «деривации» — сходов воды в свободном течении (при условии, что эта микро ГЭС деривационного типа) или плотиной (условие – мини ТЭС по типу плотины).

Мощность мини ГЭС

Уровень мощности мини ГЭС напрямую зависит от условий, в которых ее гидротехнические свойства находятся:

1. Расход воды – это тот объем водных масс (л), который проходит через турбину за определенный промежуток времени. Принято за этот промежуток принимать 1-2 секунды.
2. Напор воды – расстояние между двумя противоположными точками водной массы (одна расположена вверху, другая в нижней части). Напор имеет ряд характерных особенностей, от которых зависят и виды микро ГЭС (высокий напор, средний напор, низкий напор)

Особенность работы микро ГЭС оценивается с точки зрения ее территориального размещения. Например, напорная микро ГЭС осуществляет работу по типу отведения водных потоков по особому каналу, сделанному из дерева, находящегося под определенным углом наклона, что позволяет воде быстрее протекать. Напор воды в таком ГЭС зависит от того, насколько этот канал длинный. Далее вода перетекает в напорный трубопровод, после чего попадает в гидроагрегат, который располагается в нижней части. Затем переработанная вода путем выдавливания направляется обратно место истока.

Расположение мини ГЭС

Важно заметить, что положение гидротурбины в зависимости от вида построения может быть разным:

1. Горизонтальное положение. Такое положение гидротурбины приводит к естественному увеличению размеров самой мини ГЭС (с помощью турбинного вала, который так же увеличивает размер, системы энергии при вращении, а так же изменение масштабов машинного зала). Однако стоит отметить, что строительство подобных гидротурбин не является более сложным в сравнении с остальными, а даже наоборот, упрощает его.
2. Вертикальное расположение. Данный вид расположения способствует уменьшению размеров ГЭС, позволяет улучшить баланс осевых линий, ее компактности. Такое размещение более сложное в построении, так как создается необходимость детального баланса оси во вращательном элементе. Так же в такой ситуации важно более тщательно отнестись к обязательному положению рабочего пола, когда он будет в одну горизонтальную линию и его прочностных характеристик, что бы они были в состоянии выдержать вес всего построения. Вертикальное расположение усиливает давление на ось конструкции.

Применение мини ГЭС

В общем и целом установки малых ГЭС используются в основном для применения их в отдаленных районах жилых объектов. Они не могу являться серьезными конкурентами крупным электростанциям, а скорее служат для обеспечения экономии энергии. С недавних пор количество людей, использующих , как гидроэлектростанции, батареи солнечного типа и различные установки ветряного регулирования. Турбины, описываемые в этой статье в скором времени могут стать единым целым с этими новаторскими источниками энергии, что в итоге приведет к созданию новых электрических схем и моделей.

Для чего могут быть использованы данные сооружения?

• для обеспечения электроэнергией объектов частной собственности;
• для отдаленных промышленных районов;
• для электрических зарядных станций;
• для временного использования.

Преимущества мини ГЭС

У малых ГЭС есть ряд особых преимуществ:

• они выпускаются в двух вариантах: закрепленные на дне водоема, а так же с особыми крючками, которые позволяют проводить работы на поверхности
• установка может достигать мощности, равной 5 КВ, дабы увеличить мощность и КПД ГЭС турбины устанавливаются как модули
• ГЭС негативно никак не влияют на окружающую среду в процесс строительства, т. к. для ее создания используется природная вода, которая направляется в определенный поток и приводит в движение лопасти.

Турбины для мини ГЭС

Теперь поговорим непосредственно о гидротурбинах для мини ГЭС и о том, что нам необходимо для ее строительства. Характеристики и особенности эксплуатации гидротурбины:

1. Температура воды, которая подается в турбину, должна превышать +4 °С.
2. Температура, которая должна быть в блоковом модуле +15 °С и выше.
3. Звуковое давление, источник которого находится за 1 м от гидротурбины, составляет 80 дБ и не более.
4. Наружная поверхность гидротурбины должна быть разогрета до температуры не выше +45°С при условии, что температура воздуха вокруг +25°С.

Рассмотрим пример хорошо сбалансированной и работающей гидротурбиной в идеальных условиях.

Допустим, что мы имеем проточную гидротурбину, радиальную, напоростурйную со средним напором, которая обеспечивает тангенциальную подачу воды на лопасти, вал горизонтальный. Такие типы труб относят к классу «тихих». Они имеют особенность приспособления к окружающей среде, месту установки и различным перепадам высотных давлений. Если расход воды резко меняется, то в турбине применяется конструкция двухкамерного мешка, что делает работу устройства более качественной.

Корпус любой гидротурбины изготавливается из стали конструкционного типа, она прочная и надежная. Затраты на материалы, строительство значительно снижены по сравнению с гидротурбинами для обычных ГЭС. Самый распространенный материал, используемый для строительства гидротурбины, будет выдерживать перепады от 90 до 120 метров, некоторые детали изготавливаются из нержавеющей стали (корпус, трубопроводы).

В гидротурбинах нового поколения есть возможность заменять генератор и рабочее колесо без сильной деформации и перебирания. Стоит отметить, что рабочее колесо имеет свойство самоочищаться благодаря водным потокам, которые в процессе своей работы проходят через область рабочего колеса. Во время проектирования генератора и самой гидротурбины принимается рад мер, позволяющий снизить кавитационный уровень. Нынешние гидротурбины на 100 процентов лишены этой проблемы.

Главная часть гидротурбины – это рабочее колесо. Материалом для изготовления лопаток зачастую является сталь профильного типа. Лопатки в силу своих свойств могу создавать усилие осевого уровня, облегчая работу подшипникам, а сами рабочие колеса находятся на постоянном балансе. Продолжительность работы оси рабочего колеса определяется ее положением, для более долгой работы ее устанавливают на подшипниковый уровень.

Особенности гидротурбин для мини ГЭС

1. Могут быть использованы в системах очистки для получения качественной питьевой воды.
2. Возможно подключение промышленного генератора.
3. Повышенные требования к надежности генератора.

Некоторые характеристики технического плана:

1. Перепад высот: 3 — 200 м
2. Водорасход: 0,03 — 13 кубических метра в секунду
3. Мощность: 5 — 3 000 кВт
4. Число лопаток, расположенных на осевом секторе: 37
5. КПД: 84% — 87%

Конечно, мини ГЭС вряд ли смогут стать основным источником энергии, однако их использование вполне целесообразно в качестве средства уменьшения нагрузки на основную питающую энергосеть, особенно в периоды пикового потребления.

Поскольку тарифы на электроэнергию в последнее время начали расти, все большую актуальность среди населения приобретают возобновляемые источники электроэнергии, позволяющие получать электричество практически бесплатно. Среди известных человечеству подобных источников стоит выделить солнечные батареи, ветрогенераторы, а также домашние гидроэлектростанции. Но последние являются достаточно сложными, ведь работать им приходится в очень агрессивных условиях. Хотя это вовсе не говорит, что мини-ГЭС своими руками соорудить невозможно.

Чтобы сделать все правильно и качественно, главное – подобрать правильные материалы. Они должны обеспечивать максимальную долговечность работы станции. Создаваемые своими руками домашние гидрогенераторы, мощность которых сравнима с аналогичной у солнечных батарей и ветряков, могут производить гораздо больший объем энергии. Но хотя от материалов и зависит многое, на них все не заканчивается.

Разновидности мини-гидроэлектростанций

Существует большое количество разнообразных вариаций мини-ГЭС, каждая из которых имеет свои преимущества, особенности и недостатки. Выделяют следующие виды этих устройств:

• гирляндную;
• пропеллерную;
• ротор Дарье;
• водяное колесо с лопастями.

Гирляндная ГЭС состоит из троса, на котором закреплены роторы. Такой трос перетягивают через реку и погружают в воду. Поток воды в реке начинает вращать роторы, которые в свою очередь крутят трос, на одном конце которого расположен подшипник, а на втором – генератор.

Следующий вид – это водяное колесо с лопастями. Его устанавливают перпендикулярно водной глади, погружая меньше чем наполовину. Поскольку поток воды воздействует на колесо, оно вращается, и заставляет крутиться генератор для мини-ГЭС, на котором закреплено это колесо.

Классическое водяное колесо — хорошо забытое старое

Что касается пропеллерной ГЭС, то представляет она собой ветряк, расположенный под водой с вертикальным ротором. Ширина не превышает 2 сантиметров. Подобной ширины для воды хватает, ведь именно такой номинал позволяет производить максимальное количество электроэнергии при минимальном сопротивлении. Правда, эта ширина оптимальна только для скорости потока до 2 метров в секунду.

Что касается других условий, то параметры лопастей ротора рассчитывают отдельно. А ротор Дарье является вертикально расположенным ротором, действует который по принципу перепада давления. Все происходит аналогично с крылом самолета, на который воздействует подъемная сила.

Преимущества и недостатки

Если рассматривать гирляндную ГЭС, то у нее имеется ряд очевидных недочетов. Во-первых, длинный трос, используемый в конструкции, представляет опасность для окружающих. Также большую опасность представляют скрытые под водой роторы. Ну а вдобавок, стоит отметить низкие показатели КПД и большую материалоемкость.

Что касается недостатков ротора Дарье, то чтобы устройство начало вырабатывать электроэнергию, его нужно предварительно раскрутить. Правда, при этом отбор мощности производится прямо над водой, так что как бы ни изменился поток воды, генератор будет вырабатывать электричество.

Все вышеперечисленное является факторами, которые делают более популярными гидротурбину для мини-ГЭС и водяные колеса. Если рассматривать ручное сооружение подобных устройств, то они не так уж и сложны. А в добавок, при минимальных затратах такие мини-ГЭС способны выдавать максимальные показатели КПД. Так что критерии популярности очевидны.

С чего начинать строительство

Возведение мини-ГЭС своими руками стоит начинать с измерения скоростных показателей течения рек. Это делается очень просто: достаточно отметить вверх по течению расстояние в 10 метров, взять в руки секундомер, бросить щепку в воду, и засечь время, за которое она пройдет отмеренную дистанцию.

В конечном итоге, если 10 метров разделить на количество затраченных секунд, получится скорость реки в метрах в секунду. Стоит учитывать, что нет толку сооружать мини-ГЭС в местах, в которых скорость потока не превышает 1 м/с.

Если водоем находится далеко, можно соорудить обходной канал

Если нужно разобраться, как делают мини-ГЭС в местности, где небольшая скорость реки, то можно попытаться добиться увеличения потока путем организации перепада высот. Сделать это можно через установку сливной трубы в водоем. При этом диаметр трубы будет непосредственно влиять на скорость потока воды. Чем меньше будет диаметр, тем быстрее будет течение.

Подобный подход позволяет организовать мини-ГЭС даже в том случае, если возле дома будет проходить небольшой ручеек. То есть на нем организовывается разборная плотина, ниже которой производится монтаж непосредственно мини-гидроэлектростанции для питания дома и бытовых приборов.

Планирование микрогидроэнергетической системы | Министерство энергетики

Энергосбережение

Чтобы узнать, подойдет ли вам микрогидроэлектростанция, определите доступное вертикальное расстояние (напор) и поток (количество) воды.

Чтобы построить микрогидроэлектростанцию, вам нужен доступ к проточной воде на вашем участке. Должно быть достаточное количество падающей воды, что обычно, но не всегда, означает, что лучше всего подходят холмистые или гористые участки. Другие соображения для потенциального участка микро-ГЭС включают ее выходную мощность, экономику, разрешения и права на воду.

Чтобы понять, подойдет ли вам микрогидроэлектростанция, вам необходимо определить количество энергии, которое вы можете получить от проточной воды на вашем участке. Это включает в себя определение следующих двух вещей:

• Напор — вертикальное расстояние, на которое падает вода
• Поток — количество падающей воды.

После того, как вы определили напор и расход, вы можете использовать простое уравнение для оценки выходной мощности системы с КПД от 50% до 70% или более, что характерно для большинства систем микрогидроэнергетики.

Просто умножьте чистый напор (расстояние по вертикали, доступное после вычета потерь, таких как трение трубы — потери будут зависеть, среди прочего, от размера трубы, но для предварительных расчетов могут составлять от 5 до 10 процентов) на расход (используйте галлоны США в минуту), деленный на 10. Это даст вам выходную мощность системы в ваттах (Вт). Уравнение выглядит следующим образом:

[чистый напор (футы) × расход (гал/мин)] ÷ 10 = Вт (мощность или ватты)

Определение «головы» на вашем потенциальном участке микро-ГЭС

На потенциальном участке микро-ГЭС напор – это вертикальное расстояние, на которое падает вода. При оценке потенциального участка напор обычно измеряют в футах, метрах или единицах давления. Напор также зависит от характеристик канала или трубы, по которой он течет.

Большинство микрогидроэлектростанций относятся к категории низконапорных и высоконапорных. Чем выше напор, тем лучше, потому что вам потребуется меньше воды для производства заданного количества энергии, и вы можете использовать меньшее и менее дорогое оборудование. Низкий напор относится к изменению высоты менее чем на 66 футов (20 метров), а сверхнизкий напор относится к изменению высоты менее чем на 10 футов (3 метра). Вертикальный перепад менее 2 футов (0,6 метра), вероятно, сделает маломасштабную гидроэлектрическую систему невозможной.

Тем не менее, для очень малых объемов выработки электроэнергии текущий поток с толщиной воды всего 13 дюймов может поддерживать работу погружной турбины. Этот тип турбины изначально использовался для питания научных приборов, буксируемых за кораблями для разведки нефти, и похож на некоторые гидрокинетические энергетические системы, работающие от речных или приливных течений.

При определении напора необходимо учитывать как валовой, так и чистый напор. Общий напор — это расстояние по вертикали между верхним уровнем уровня воды в форбазе, где крепится водовод (или труба), по которому вода под давлением подается, и уровнем воды, куда сбрасывается вода из турбины. Чистый напор равен общему напору за вычетом потерь из-за трения и турбулентности в трубопроводе.

Самый точный способ определить общий напор — это провести профессиональный осмотр участка. Чтобы получить приблизительную оценку, вы можете использовать карты Геологической службы США для вашего района или метод шланга-трубы.

Метод шланг-трубка для определения напора включает в себя измерение глубины потока по ширине потока, который вы собираетесь использовать для своей системы, — от точки, в которой вы хотите разместить затвор, до точки, в которой вы хотите поставить турбину. Вам понадобится следующее:

• Помощник
• Садовый шланг малого диаметра длиной 20–30 футов (6–9 метров) или другая гибкая трубка
• Воронка
• Критерий или измерительная лента.
• Протяните шланг или трубку вниз по каналу потока от точки, которая является наиболее подходящей отметкой для впуска затвора. Попросите вашего помощника держать верхний конец шланга с воронкой под водой как можно ближе к поверхности.
• Тем временем поднимите нижний конец, пока из него не перестанет течь вода. Измерьте вертикальное расстояние между вашим концом трубки и поверхностью воды. Это валовой напор для данного участка потока.
• Попросите вашего помощника подойти к вам и поместить воронку в ту же точку, где вы проводили измерения. Затем идите вниз по течению и повторите процедуру. Продолжайте проводить измерения, пока не достигнете точки, где вы планируете разместить турбину.

Сумма этих измерений даст вам приблизительное представление о валовом напоре для вашего объекта.

Примечание: из-за давления воды на передний конец шланга вода может продолжать течь по шлангу даже после того, как оба конца шланга выровнены. Вы можете вычесть дюйм или два (2–5 сантиметров) из каждого измерения, чтобы учесть это. Лучше быть осторожным в этих предварительных измерениях общего напора.

Если ваши предварительные оценки кажутся благоприятными, вы захотите получить более точные измерения. Как уже говорилось, самый точный способ определить голову — это провести профессиональный осмотр вашего сайта. Но если вы знаете, что на вашем участке есть перепад высот в несколько сотен футов, вы можете использовать авиационный высотомер. Вы можете купить, одолжить или арендовать высотомер в небольшом аэропорту или аэроклубе. Однако предостережение: хотя использование альтиметра может быть дешевле, чем наем профессионального геодезиста, ваши измерения будут менее точными. Кроме того, вам придется учитывать влияние атмосферного давления и при необходимости калибровать высотомер.

Определение «потока» на потенциальном участке микро-ГЭС

Количество воды, падающей с потенциальной площадки микро-ГЭС, называется потоком. Измеряется в галлонах в минуту, кубических футах в секунду или литрах в секунду.

Самый простой способ определить сток вашего ручья — получить данные из следующих местных отделений:

• Геологическая служба США
• Инженерный корпус армии США
• Министерство сельского хозяйства США
• Инженер вашего округа
• Местное водоснабжение противопаводковых служб.

Если вы не можете получить существующие данные, вам необходимо провести собственные измерения расхода. Вы можете измерить поток, используя метод ведра или взвешенного поплавка.

Ведро метод

Метод ведра включает перекрытие ручья бревнами или досками, чтобы отвести его поток в ведро или контейнер. Скорость, с которой контейнер наполняется, является скоростью потока.

Например, ведро объемом 5 галлонов, которое наполняется за 1 минуту, означает, что скорость потока воды в вашем ручье составляет 5 галлонов в минуту.

Взвешенно-плавающий метод

Другой способ измерения расхода включает измерение глубины потока по ширине потока и выпуск взвешенного поплавка выше по течению от ваших измерений. Из-за соображений безопасности на воде этот метод не рекомендуется, если течение быстрое и/или над вашими икрами. Вам понадобится:

• Помощник
• Рулетка
• Аршин или измерительная линейка
• Поплавок с грузом, например пластиковая бутылка, наполовину заполненная водой
• Секундомер
• Немного миллиметровой бумаги.

С помощью этого оборудования вы можете рассчитать расход для поперечного сечения русла реки при самом низком уровне воды.

1. Во-первых, выберите участок ручья с самым прямым руслом и максимально равномерными глубиной и шириной.
2. В самом узком месте измерьте ширину ручья.
3. Затем, держа линейку вертикально, пройдите через ручей и измерьте глубину воды с шагом в один фут. Чтобы облегчить процесс, натяните веревку или веревку, на которой отмечены приращения, по ширине ручья.
4. Отметьте глубину на миллиметровой бумаге, чтобы получить профиль поперечного сечения ручья.
5. Определите площадь каждой секции, рассчитав площади прямоугольников (площадь = длина × ширина) и прямоугольных треугольников (площадь = ½ основания × высота) в каждой секции.
6. Затем от той же точки, где вы измерили ширину ручья, отметьте точку не менее чем в 20 футах выше по течению.
7. Отпустите утяжеленный поплавок посреди потока и запишите время, которое потребуется поплавку, чтобы добраться до исходной точки вниз по течению. Не позволяйте поплавку волочиться по дну русла; если это так, используйте меньший поплавок.
8. Разделите расстояние между двумя точками на время плавания в секундах, чтобы получить скорость потока в футах в секунду. Чем больше раз вы повторите эту процедуру, тем точнее будет ваше измерение скорости потока.
9. Умножьте среднюю скорость на площадь поперечного сечения потока.
10. Затем умножьте полученный результат на коэффициент, учитывающий неровность русла ручья (0,8 для песчаного русла, 0,7 для русла с мелкими и средними камнями и 0,6 для русла с большим количеством крупных камней). Результат даст вам скорость потока в кубических футах или метрах в секунду.

Расход воды может сильно меняться в течение года, поэтому важен сезон, в течение которого вы проводите измерения расхода. Если вы не планируете строить резервуар для хранения, вы можете использовать самый низкий средний расход за год в качестве основы для проектирования вашей системы. Однако, если вы ограничены по закону в отношении количества воды, которое вы можете отвести от вашего ручья в определенное время года, используйте средний расход в период наибольшего ожидаемого спроса на электроэнергию.

экономика

Если вы определите на основе расчетной выходной мощности, что микрогидроэнергетическая система будет осуществима, то вы сможете определить, имеет ли она экономический смысл.

Поскольку экономия энергии стоит меньше, чем ее производство, убедитесь, что ваш дом максимально энергоэффективен, сократите потребление электроэнергии, чтобы не покупать систему, которая больше (и дороже), чем вам нужно.

Сложите все предполагаемые затраты на разработку и обслуживание сайта в течение ожидаемого срока службы вашего оборудования и разделите сумму на мощность системы в ваттах. Это скажет вам, сколько будет стоить система в долларах за ватт. Затем вы можете сравнить это со стоимостью электроэнергии, предоставляемой коммунальными службами или другими альтернативными источниками энергии.

Какими бы ни были первоначальные затраты, гидроэлектростанция обычно служит долго, и во многих случаях обслуживание не требует больших затрат. Кроме того, иногда на уровне штатов, коммунальных предприятий и федеральном уровне существуют различные финансовые стимулы для инвестиций в системы возобновляемых источников энергии. К ним относятся, среди прочего, льготы по подоходному налогу, освобождение от налога на имущество, освобождение штата от налога с продаж, кредитные программы и специальные программы грантов.

Разрешения и права на воду

При принятии решения об установке микрогидроэлектростанции на вашем участке вам также необходимо знать местные требования к разрешению и права на воду.

Независимо от того, будет ли ваша система подключена к сети или будет работать автономно, это повлияет на требования, которым вы должны следовать. Если ваша микро-ГЭС будет оказывать минимальное воздействие на окружающую среду, и вы не планируете продавать электроэнергию коммунальному предприятию, процесс получения разрешения, скорее всего, потребует минимальных усилий.

На местном уровне вашим первым контактным лицом должен быть окружной инженер. Ваше государственное энергетическое управление также может предоставить вам совет и помощь. Кроме того, вам необходимо связаться с Федеральной комиссией по регулированию энергетики и Инженерным корпусом армии США.

Вам также необходимо определить, сколько воды вы можете отвести из русла вашего ручья. Каждый штат контролирует права на воду; вам может понадобиться отдельное право на воду для производства электроэнергии, даже если у вас уже есть право на воду для другого использования.

См. «Планирование небольшой системы возобновляемой энергии» для получения дополнительной информации о кодексах штата и сообществе и требованиях к небольшим системам возобновляемой энергии.

• Узнать больше
• Ссылки

Планирование микрогидроэнергетической системы

Системы микрогидроэнергетики Узнать больше

Снижение потребления электроэнергии и затрат Узнать больше

Планирование домашних систем возобновляемой энергии Узнать больше

Оборудование баланса системы, необходимое для систем возобновляемой энергии Узнать больше

Системы возобновляемой энергии, подключенные к сети Узнать больше

Автономные или автономные системы возобновляемой энергии Узнать больше

• Основы микрогидроэнергетики
• Национальная гидроэнергетическая ассоциация

Гидрогенератор: как построить небольшой

Гидрогенератор лучше всего построить для производства электроэнергии, если поблизости протекает ручей.

Все мы знаем, что ученые находятся в постоянном поиске альтернативных источников энергии, и это происходит потому, что в последние годы традиционные источники энергии начали значительно сокращаться.

Они разработали различные системы, которые преобразуют энергию природы в электричество, и многие из этих систем можно построить дома в меньших масштабах, чтобы снизить потребление электроэнергии. После того, как мы увидели, как производить электричество с помощью магнитов или энергии ветра, пришло время поговорить о тех людях, которые живут у реки.

Эту систему, которую часто называют маломощным гидро-, микро-гидро- или прямоточным гидрогенератором , построить несложно.

Чтобы построить гидрогенератор, выполните следующие действия:

1. Подготовка дисков

Читайте также: Это устройство продлевает срок службы батареи вашего телефона, как ничто другое. Код скидки 5%: GREENOPT

Наш гидрогенератор будет состоять из двух основных частей:
— Статор (эта часть неподвижна и оснащена витками провода для сбора электроэнергии)
— Ротор (ротор — это часть, которая движется и имеет некоторые мощные магниты, которые будут индуцировать электричество в катушках)
Для начала вам понадобятся шаблоны и картон. Два шаблона, которые содержат схему ротора и статора, необходимо вырезать и прикрепить к передней и задней части картона. После того, как эти шаблоны будут хорошо приклеены к картону, сделайте отверстие (1 см) в центре диска статора.

2. Крепление статора

Теперь вам нужно сделать 4 катушки, которые будут прикреплены к картону. Для этого необходимо использовать картон с овальным сечением. Затем на этот картон начинайте наматывать провода, формируя тугую катушку (200 витков). Аккуратно снимите катушку с овальной секции, а затем повторите эту процедуру, чтобы сделать еще три катушки.

Расположите катушки на картоне в соответствии со схемой шаблона (их обмотки должны чередоваться по часовой стрелке и против часовой стрелки). Вы должны быть уверены, что электрон пойдет по пути, указанному стрелками на шаблоне, начиная с левого витка против часовой стрелки.

Соедините концы катушек и используйте изоляционную ленту, чтобы избежать ошибок. С помощью мультиметра измерьте электрическое сопротивление (Ом). Если провода правильно подсоединены, счетчик должен показывать около 10 Ом.

3. Крепление ротора

На этом этапе необходимо прикрепить 4 сильных магнита к шаблону статора. Проверьте магниты, отметьте южный полюс на двух из них и северный полюс на оставшихся двух. Магниты должны располагаться на шаблоне так, чтобы их полярность чередовалась (N-S-N-S).

Тогда вам понадобится пробка и 8 пластиковых ложек. Вы должны укоротить ложки так, чтобы длина ручки не превышала 1 см. Посмотрите на шаблон ротора и вставьте ложки в пробку (глубина 1 см).

4. Турбина

Проделайте в пробке отверстие диаметром 6 мм (убедитесь, что отверстие находится по центру), снова зафиксируйте геометрическое положение ложек и нанесите немного горячего клея на каждую ложку, чтобы закрепить ее.

 

5. Корпус генератора и окончательная сборка

Найдите пластиковый бак или бутылку для крепления ротора, статора и небольшой турбины. После того, как вы найдете центр бака, сделайте в этом месте отверстие (6 мм) и закрепите статор с его обмотками чуть выше отверстия.